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INI2021氨/氮通量相关研究论文回顾

点击次数:465 发布时间:2021-06-28

   本月初的第八届国际氮倡议会议(INI2021)云集了世界各地的科学家,一同针对认为活性氮过量排放的问题提供治理意见。其中,由于氮肥是粮食生产的重要资源,农业活动是目前活性氮治理的重点目标之一。

      针对这一议题,宁波海尔欣光电科技有限公司获邀分享了我司激光气体分析技术于农业涡动相关氨通量测量的应用,同时我司研发人员积极参与了INI2021多个分会场讲座,今天小编节选了一些国外的学术成果与大家分享!

      德国Thünen气候智能型农业研究所牵头开展了两项发表于INI20021的通量测量工作。《Temporal dynamics of reactive nitrogen fluxes over different ecosystems》研究工作隶属于NITROSPHERE 和FORESTFLUX项目,目的是介个涡动协方差方法测试新的浓度测量技术,并研究日尺度和季节尺度上的氨、氮通量动态。论文描述了对氨和活性氮总体(ΣNr)在不同生态系统中的通量观测。基于量子级联激光器(QCL)的氨气分析仪提供了高频的氨浓度数据,ΣNr数据则来自化学荧光法(chemiluminescence)。值得一提的是,实验结果中耕地施肥后的氨及氮通量呈现强烈的日变化,并在中午达到峰值,与我司基于HT8700的农田氨通量测量结果一致。

 

耕地施肥后的氨通量呈现明显的日变化,并在中午达到峰值 

图一 耕地施肥后的氨通量呈现明显的日变化,并在中午达到峰值 来源:Brümmer et al. 2021

      另一项研究《Validation of nitrogen dry deposition modelling above forest using high-frequency flux measurements》同样基于化学荧光法获得森林的ΣNr通量数据。氮沉降的准确建模对于识别氮超标和定义环境保护指南中的临界值至关重要,然而由于过去可用于模型开发和验证的活性氮长期通量测量的可靠数据十分有限,当今通用的几种模型仍然存在不确定性。此项研究工作用于验证现有的氮沉降通量模型例如DEPAC (DEPosition of Acidifying Compounds) LOTOS-EUROS (LOng Term Ozone SimulationEURopean Operational Smog),并提出了可能需要的修正建议。

      北卡罗莱纳州立大学的Prof. V. P. Aneja团队也发表了两篇研究成果。其中之一为与美国环保署的合作项目,旨在为现代社会中占地广大的人工草坪,提供活性氮治理的科学依据。研究人员用箱法对三种活性氮NH3NON2O在高羊茅表面上进行通量测量,实验时间涵盖四季,同时测量草坪使用不同量的氮肥後的活性氮通量,获得了活性氮对于施氮肥、土壤温度和水分变化的反应,显示出不同的排放变化趋势。小编在此解释一下,此项研究中使用的箱法是和涡动相关法并列为适合用于通量测量的方法,由于人工草坪难以满足涡动相关法的下垫面要求,并且草坪实验地点处于交通便利的地方,即使箱法需要耗费较大的人力维护,却能很好地满足实验需求。

 

图二 随着人工草坪的广泛使用,所施用的氮肥造成的效应值得关注 来源:Nahas et al. 2021

      Prof. Aneja团队的另一项工作《Characterization of Atmospheric Reactive Nitrogen Emissions from Global Agricultural Soils》则是利用来自世界各地观测网路的活性氮排放数据,建立模型对全球的活性氮排放量做宏观的测算。团队认为,科学家们可以利用这个模型,对未来大范围内的活性氮排放有更多的预测及理解。

北卡州立大学利用统计模型测算全球一年期间的N2O排放

图三 北卡州立大学利用统计模型测算全球一年期间的N2O排放 来源:Aneja et al. 2021

      南亚作为人口密集的区域,是目前很大的活性氮排放热点,受到科学家们的高度关注。来自加州大学伯克利分校的学者Dr. Saumya Singh在《Variability of atmospheric ammonia and its sources over Indian region》报告中,针对印度的大气氨浓度数据给出了观察与评论。然而,小编发现目前印度的氨浓度数据主要来自于使用化学荧光法的空气质量监测网络和卫星遥测,使用化学荧光法需将氨先转化为一氧化氮再进行分析,较低的测量效率使得其没有办法做到实时监控。因此目前我们可以看到的数据都是时间或空间上较为宏观的观测结果。

南亚的恒河平原(Indo-Gangetic Plains, IGP)是科学家关注的氮排放热点区域

图四 南亚的恒河平原(Indo-Gangetic Plains, IGP)是科学家关注的氮排放热点区域 来源:Singh 2021 

    总结来说,小编在INI2021看到了特别是德国所在的欧盟对于活性氮治理的决心。科学家们已经在部署先进的测量设备在森林或农田做长期的通量观测,基于激光光谱分析技术的仪器以其低功耗、快速响应、高准确度等优势,成为研究项目中氨通量测量的得力工具。即便是对于以模型测算为主的研究项目,也需要更多优质的通量或浓度数据作为建模参考。科学家们认为,活性氮作为联合国可持续发展目标(Sustainable Development Goals)侧重解决的问题之一,未来需要构建类似ICOS(Integrated Carbon Observation System 综合碳观测系统)的活性氮观测网络,人类才能真正系统地面对并逐步解决氮问题。

 

参考文献:

1. “Temporal dynamics of reactive nitrogen fluxes over different ecosystems”, C. Brümmer et al., INI2021.

2. “Validation of nitrogen dry deposition modelling above forest using high-frequency flux measurements”, P. Wintjen et al., INI2021.

3. “Characterization of reactive nitrogen emissions from turfgrass”, A. Nahas et al., INI2021.

4. “Characterization of atmospheric reactive nitrogen emissions from global agricultural soils”, V. P. Aneja et al., INI2021.

5. “Variability of atmospheric ammonia and its sources over Indian region”, S. Singh, INI2021.

 

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